Деменев А. Г., Моисеенков М. С

Вид материала

Документы

Содержание Высокопроизводительные вычислительные ресурсы Оказываемые образовательные и культурно-просветительские услуги

Подобный материал:

• Информационный бюллетень октябрь 2008 год, 1719.33kb.

Деменев А.Г. , Моисеенков М.С.

ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», г.Пермь

Услуги Научно-образовательного центра «Параллельные и распределенные вычисления» ПГНИУ для учителей информатики и одаренных детей: о суперкомпьютерных и «облачных» технологиях


Введение

Специалисты-информатики отмечают, что современный компьютерный мир уже стал «параллельным» и «распределенным». В массовых компьютерах устанавливают как мультиядерные центральные процессоры (CPU), содержащие несколько вычислительных ядер, так и многоядерные графические процессоры общего назначения (GPGPU), содержащие десятки-сотни вычислительных ядер. Поэтому требуются специалисты, компетентные в области технологий параллельных и распределенных вычислений.

Современные наука и техника не могут обойтись без применения высокопроизводительных вычислительных систем, в том числе суперкомпьютеров. Часто объединяют высокоскоростными каналами связи компьютеры внутри лаборатории, образуя мощные вычислительные кластеры. Самые мощные кластеры, по своей производительности входящие в мировой TOP500 [1] и национальный рейтинг ТОП50 [2], часто называют суперкомпьютерами. Поэтому требуются «элитные» специалисты, компетентные в области суперкомпьютерных технологий.

Кластеры крупных компаний-провайдеров «облачных» сервисов, таких как Яндекс и Google, по пиковой производительности сопоставимы с суперкомпьютерами мирового уровня. Иногда объединяют через Интернет вычислительные кластеры разных лабораторий, образуя высокопроизводительные гриды. Эффективно гриды используют, например, для обработки больших объемов данных, в таких глобальных проектах как Большой андронный коллайдер. Поэтому растет спрос на специалистов, компетентных в области «облачных» вычислений и грид-технологий.

Ведущие университеты России должны создать научно-образовательную среду для подготовки таких специалистов, имеющих особые информационно-коммуникационные компетентности [3], в т.ч.: формулировать математическую постановку задачи и выбирать численный метод так, чтобы был большой потенциал для распараллеливания вычислений; выбирать соответствующий или конструировать новый алгоритм такой, чтобы он допускал эффективную реализацию на многоядерных вычислительных системах; свободно владеть технологиями разработки параллельных и распределенных программ. В Пермском государственном национальном исследовательском университете (ПГНИУ) была сформирована среда, необходимая для подготовки таких специалистов. Это было целью направления «Параллельные компьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления» Инновационной образовательной программы Пермского государственного университета (приоритетный национальный проект «Образование», 2006-2007 гг.) В настоящее время реализуется Программа развития ПГНИУ[4], поднявшая научно-образовательную среду на суперкомпьютерный уровень.


Высокопроизводительные вычислительные ресурсы

В развитии среды, необходимой для формирования таких компетентностей, активную роль играет Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» (НОЦ ПиРВ), выполняющий функции центра коллективного пользования высокопроизводительными вычислительными ресурсами ПГНИУ. В НОЦ ПиРВ был приобретен суперкомпьютер «ПГУ-Тесла», который стал лучшим в Пермском крае по производительности на момент введения в эксплуатацию, согласно данным 14-й редакции (март 2011 г.) рейтинга TOP50 самых мощных компьютеров СНГ [2]. НОЦ ПиРВ предоставляет помощь в использовании ресурсов партнеров, в том числе:

• участников Суперкомпьютерного консорциума университетов России (СКУР);
  
• участников инновационной программы «Университетский кластер» (УК);
  
• участников академических программ, инициируемых компьютерными компаниями (IBM, Intel, HP, Nvidia и др.)
  

Целью создания СКУР [5] является разработка и обеспечение выполнения комплекса мероприятий, направленных на эффективное использование имеющегося потенциала высшей школы для развития и внедрения суперкомпьютерных технологий в российском образовании, науке и промышленности. Научно-технической базой для ведения дел СКУР является Научно-исследовательский вычислительный центр Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (МГУ). Ресурсы суперкомпьютерного комплекса МГУ предназначены для поддержки фундаментальных научных исследований и учебного процесса, а также выполнения специальных проектов, требующих привлечения суперкомпьютерных систем с терафлопным уровнем производительности. Наиболее мощным ресурсом с петафлопсным уровнем производительности является лидер текущего рейтинга ТОП50 России и СНГ – суперкомпьютер «Ломоносов».

Основными целями программы УК [6] является повышение уровня использования параллельных и распределенных вычислений в образовательной и научно-исследовательской деятельности российских ВУЗов, что будет способствовать ускоренному внедрению соответствующих технологий в российской промышленности. Главный ресурсный центр программы УК - Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН. Инфраструктура программы УК включает в себя:

• вычислительные кластеры, суперкомпьютеры, системы хранения данных, системы визуализации и иные технические средства (Ресурсы);
  
• каналы связи, объединяющие Ресурсы в единую распределенную вычислительную инфраструктуру;
  
• технологическую платформу UniHUB.ru.
  

Оказываемые образовательные и культурно-просветительские услуги

НОЦ ПиРВ повышает уровень качества и расширяет круг дополнительных образовательных услуг университета, в т.ч. нацеленных на школьников и учителей информатики. Проводятся экскурсии, где показываем реальный суперкомпьютер и обсуждаем массу вопросов. Эти экскурсии включают также научно-популярную лекцию, где: рассказываем об актуальности и перспективности суперкомпьютерных и «облачных» технологий; объясняем, почему одна часть технологий параллельных и распределенных со временем должна стать общедоступной, а другая останется «элитарной»; приводим яркие примеры участия работников и студентов ПГНИУ в исследовательских и образовательных проектах, связанных с использованием параллельных и распределенных вычислений. Например, для учащихся Школы юных математиков, организованной силами молодёжного научного общества механико-математического факультета ПГНИУ, проводятся экскурсии, на которых им показывают реальный суперкомпьютер.

НОЦ ПиРВ занимается поддержкой общественно значимых инициатив. Например, в рамках фестиваля Linux Install Fest 2011, посвящённого ОС GNU/Linux и свободно распространяемому ПО, был представлен доклад «Linux & суперкомпьютер “ПГУ-Тесла”»[7]. Участники фестиваля узнали о применении свободного ПО в суперкомпьютинге, в т.ч. для работы суперкомпьютера «ПГУ-Тесла» наряду с коммерческим программным обеспечением. В ходе живого общения были обсуждены вопросы: архитектурные особенностями суперкомпьютера "ПГУ-Тесла", решаемые с его помощью задачи и доступность его для широкого спектра пользователей.

НОЦ ПиРВ помогает факультетам и кафедрам ПГНИУ в образовательной деятельности, в т.ч. подготовке будущих учителей информатики. Особенности инновационных учебных курсов на кафедре прикладной математики и информатики:

• самостоятельная работа студентов предусматривает использование средств систем дистанционного обучения, а также активное использование Интернет-ресурсов в качестве источника информации;
  
• лабораторный практикум предусматривает проведение микроисследований в составе команды из двух-трех студентов.
  

НОЦ ПиРВ организует и проводит повышение квалификации. Например, в рамках программы развития НОЦ ПиРВ как центра коллективного пользования высокопроизводительными вычислительными ресурсами для преподавателей ПГНИУ были проведены тренинги по использованию суперкомпьютера «ПГУ-Тесла». О широкой области применения суперкомпьютерных технологий свидетельствует тот факт, что кроме механико-математического факультета в тренинге участвовали и представители таких факультетов как физический, химический, географический, геологический и экономический. В ходе исследований и инноваций НОЦ ПиРВ были подготовлены справочные и учебно-методические материалы по работе с суперкомпьютером «ПГУ-Тесла», представляющие собой шаги, следуя которым любой заинтересованный пользователь сможет получить доступ к кластеру и успешно решить свои задачи, используя его возможности. На базе разработанных материалов был создан исследовательский прототип информационного ресурса wiki4parallel.psu.ru для поддержки исследований по приоритетному направлению «Информационные технологии и вычислительные системы» на основе концепции Wiki.


Заключение

ПГНИУ выпускает специалистов, обладающих достаточно высоким уровнем компетентностей в области параллельных компьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений [8]. Создание в 2009 г. Научно-образовательного центра «Параллельные и распределенные вычисления» нацелено на обеспечение еще более высокого уровня подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов в этой области. При реализации своих проектов университет может опираться на ресурсы, компетенции и помощь своих партнеров, и сам готов оказывать содействие. Реализация проекта «Развитие центра коллективного пользования высокопроизводительных вычислительных ресурсов – НОЦ ПиРВ» создает новые возможности для одаренных детей и учителей информатики Пермского края. Используя новейшие результаты исследований и разработок в области параллельных и распределенных вычислений, НОЦ ПиРВ намерен активнее участвовать в подготовке, переподготовке и повышении квалификации учителей; помогать вести профориентационную работу с потенциальными абитуриентами ПГНИУ; разрабатывать элективные и факультативные курсы для школьников, а также помогать в проявлении способностей и самореализации одаренным детям.

Работа поддержана в рамках проекта «Развитие центра коллективного пользования высокопроизводительными вычислительными ресурсами – НОЦ ПиРВ» Программы развития ПГНИУ на 2010-2019 гг.[3] и гранта РФФИ №11-07-96007 р_урал_а.


Литература

1. TOP500 Supercomputing sites:[сайт]. URL: ссылка скрыта (дата обращения – 20.12.2011)
   
2. Суперкомпьютеры: TOP50:[сайт]. URL: ссылка скрыта
   
3. ПГНИУ: Научная работа: Национальный исследовательский университет. URL: u/science/niu/ (дата обращения – 20.12.2011)
   
4. Деменев А.Г., Параллельные вычислительные системы: учеб.-метод. пособие. Перм. ун-т.-207, 87 с.
   
5. Суперкомпьютерный консорциум университетов России: [сайт]. URL:
   ссылка скрыта (дата обращения – 20.12.2011)
   
6. Программа «Университетский кластер»: [сайт]. URL: ссылка скрыта. (дата обращения – 20.12.2011)
   
7. Пермская группа пользователей Linux: итоги Linux Install Fest 2011. URL: ссылка скрыта (дата обращения – 20.12.2011)
   
8. Пермский государственный национальный исследовательский университет: [сайт]. URL: ссылка скрыта (дата обращения – 20.12.2011)